太阳一秒释放的能量可以满足地球几年的需求。这就是为什么科研人员一直渴望进一步开发太阳能中的巨大潜力。距离我们1.5亿公里的太阳上究竟在发生什么?答案是:聚变。

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轻原子核结合形成较重的原子核,这一过程能产生热量。更确切地说,两个氢原子核结合形成氢的同位素氘。新的原子接着又可以和另一个氢原子结合,形成氦的轻同位素。

此后,两个氦原子自然形成两个质子。一系列反应后的产物比四个参与聚变的质子的总质量轻了0.7% ,这0.7%已转化为能量。

最终产物——氦的总的结合能要比原来的四个质子小的多,确切地说,每一次这样的连锁反应都会释放出26.73兆电子伏的能量。

爱因斯坦著名的质能公式E=MC2可以解释这一现象的原理——既质量和能量是守恒的。物质就是能量。

致命武力

起初,人们是抱着军事目的研究“聚变”。

传统的核武器是以裂变原理为基础——既重原子衰变为较小的元素并释放出能量。而加入一个聚变的元素,这类武器的效率可以大大提高。

以裂变为基础的核武器,只有当炸弹完全爆炸后,核装料才会发生裂变反应。而加入了氘的话,可产生足够的高温引发聚变。这一过程中所释放的中子可以加快原来的裂变反应,大大增强核武器的威力。

将潜力用于和平事业

裂变为我们带来了核武器,但是聚变所蕴含的巨大潜力仍然没有被很好的利用。尽管人类研究聚变反应已有近60年,但我们仍然无法驾驭聚变反应并从中获取能量。

早在1946年,两位英国研究员就为一种聚变反应堆申请了专利。他们的方法是在等离子周围产生电流,所形成的磁场将等离子向内推,向内运动的等离子又形成了强大的磁场并产生额外的向内的力,依此类推,在核反应中便会产生足够的高温,因此引发聚变。

该过程难以控制而且不稳定,于是人们开始另辟蹊径。在众多大规模试验中,ITER是最新的一种方案,目前一套装配了托卡马克装置的测试设备正在法国搭建。美国、中国、欧洲、俄罗斯、日本、印度和韩国都参与了该项目。过去的聚变试验所获得的能量仅仅与进行试验所消耗的能量相当。而ITER计划产生的能量是发生聚变所需能量的十倍。

ITER的施工期很长,预计要到2026年以后才能正式投产。

未来

用聚变解决能源紧缺问题是一个梦吗?我们不得而知。但我们可以肯定,聚变所蕴含的潜力是巨大的。其实,我们每天都在分享聚变带来的成果。

本文于2011年9月发布